單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,,*,鋼結(jié)構(gòu)制作與安裝教案,,單元三 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件,,單元3 鋼 結(jié) 構(gòu) 構(gòu) 件,◆單元概述：,本單元講述了軸心受力構(gòu)件的強度、剛度、穩(wěn)定計算；受彎構(gòu)件的強度、剛度、穩(wěn)定計算；拉彎和壓彎構(gòu)件的強度、剛度、穩(wěn)定計算。,,◆學(xué)習(xí)目標(biāo)：,通過本單元的學(xué)習(xí)、訓(xùn)練，學(xué)生應(yīng)掌握軸心受力構(gòu)件的基本計算方法；掌握受彎構(gòu)件的基本計算方法；了解拉彎和壓彎構(gòu)件的基本計算方法。,,單元三 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件,,課題1 軸心受力構(gòu)件,,課題2 受彎構(gòu)件,,課題3 拉彎和壓彎構(gòu)件,,課題1 軸心受力構(gòu)件,1.概述,,,◆軸心受力,構(gòu)件包括,軸心受拉構(gòu)件,與,軸心受壓構(gòu)件,。在鋼結(jié)構(gòu)中，此類構(gòu)件的應(yīng)用十分廣泛，例如桁架、塔架和網(wǎng)架、網(wǎng)殼等桿件體系。通常假設(shè)它的節(jié)點為鉸接連接，當(dāng)無節(jié)間荷載作用時，只受,軸向拉力,和,軸向壓力,的作用。,,2、軸心受力構(gòu)件的截面形式,,一般分為兩類，第一類是熱軋型鋼截面（a）；第二類是型鋼組合截面（圖b）或格構(gòu)式組合截面（c）。,,圖（a）熱軋型鋼截面,圖（b）型鋼組合截面,圖（c）格構(gòu)式組合截面,,,圖（a）熱軋型鋼截面，一般用于受力較小的桿件。,,其中圓鋼回轉(zhuǎn)半徑最小，多用作拉桿，作壓桿時用于格構(gòu)式壓桿的弦桿。鋼管的回轉(zhuǎn)半徑較大、對稱性好、材料利用率高，拉、壓均可。大口徑鋼管一般用作壓桿。型鋼的回轉(zhuǎn)半徑存在各向異性，作壓桿時有強軸和弱軸之分，材料利用率不高，但連接較為方便，單價低。,,圖（b)型鋼組合截面，改善了單型鋼截面的穩(wěn)定各向異性特征，受力較好，連接也較方便,,圖（c) 類為格構(gòu)式截面，其回轉(zhuǎn)半徑大且各向均勻，用于較長、受力較大的軸心受力構(gòu)件，特別是壓桿。但其制作復(fù)雜，輔助材料用量多。,,,,H型鋼的寬度與高度相同時對強軸的回轉(zhuǎn)半徑約為弱軸回轉(zhuǎn)半徑的2倍，對于在中點有側(cè)向支撐的獨立柱最適合。,,焊接工字形截面制造簡單，其腹板按局部穩(wěn)定的要求可作得很薄而節(jié)約鋼材，應(yīng)用十分廣泛。為使翼緣與腹板便于焊接，截面的高度和寬度應(yīng)大致相同。,,十字形截面在兩個主軸方向的回轉(zhuǎn)半徑是相同的，對于重型中心受壓柱，當(dāng)兩個方向的計算長度相同時，這種截面最為有利。,,方管或由鋼板焊成的箱形截面，承載能力和剛度都較大，但連接構(gòu)造復(fù)雜，常用作高大的承重支柱。,,,,,,確定軸心受力構(gòu)件截面形式的原則：,,能提供強度所需要的截面面積；,,制作簡便；便于和相鄰構(gòu)件連接；,,截面寬大而壁厚較薄，以滿足剛度要求。,,,,,（,1）軸心受力構(gòu)件強度計算,,軸心受力構(gòu)件的強度承載能力極限狀態(tài)是截面的平均應(yīng)力達(dá)到鋼材的屈服強度,?,y,。,,軸心受力構(gòu)件的強度按下式驗算：,式中,N,——構(gòu)件的軸心拉力或壓力設(shè)計值；,,A,n,——構(gòu)件的凈截面面積；,,?,——鋼材的抗拉或抗壓強度設(shè)計值。,,2、 軸心受力構(gòu)件的強度與剛度,,,（2）剛度驗算,,軸心受力構(gòu)件的剛度是以其長細(xì)比來衡量的。,,軸心受力構(gòu)件的剛度按下式驗算：,,,,,,,式中 λ——構(gòu)件最不利方向的長細(xì)比；,,I,—— 相應(yīng)方向的截面回轉(zhuǎn)半徑；,,[λ]——構(gòu)件的容許長細(xì)比。,,,控制剛度的原因：,,長細(xì)比過大容易使構(gòu)件在制造、運輸和吊裝過程中產(chǎn)生彎曲或過大的變形；,,長細(xì)比過大會使構(gòu)件在使用期間因其自重而明顯下?lián)希?,長細(xì)比過大會使構(gòu)件在動力荷載作用下會發(fā)生較大振動；,,長細(xì)比過大會使構(gòu)件可能使得構(gòu)件的極限承載力顯著降低；,,長細(xì)比過大會使構(gòu)件初彎曲和自重產(chǎn)生的撓度也將對構(gòu)件的整體穩(wěn)定帶來不利影響。,,,,,3.軸心拉桿的設(shè)計,,,,鋼材比其他材料更適合于受拉，因此鋼拉桿不但用于鋼結(jié)構(gòu)，還用于鋼與鋼筋混凝土或木材的組合結(jié)構(gòu)中。受拉構(gòu)件沒有整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定的問題，極限承載力一般由強度控制，所以，設(shè)計時只考慮強度和剛度。,,《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：單面連接單角鋼按軸心受力計算強度和連接時，其強度設(shè)計值降低15％，即應(yīng)乘以0.85的折減系數(shù),,4.軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定,,穩(wěn)定性驗算的重要性：若結(jié)構(gòu)或構(gòu)件處于不穩(wěn)定狀態(tài)時，輕微擾動就將使結(jié)構(gòu)或其組成構(gòu)件產(chǎn)生很大的變形而最終喪失承載能力,這種現(xiàn)象稱為失去穩(wěn)定性。在鋼結(jié)構(gòu)工程事故中，因失穩(wěn)導(dǎo)致破壞者十分常見。,,近幾十年來，由于結(jié)構(gòu)形式的不斷發(fā)展和高強鋼材的應(yīng)用，使構(gòu)件更加輕型而薄壁，更容易出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，因而對鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的驗算顯得特別重要。,,,在軸心受力構(gòu)件中，對于軸心受拉構(gòu)件，由于在拉力作用下，構(gòu)件總有拉直繃緊的傾向，其平衡狀態(tài)總是穩(wěn)定的，不必進(jìn)行穩(wěn)定性驗算。,,對于軸心受壓構(gòu)件，截面若沒有孔洞削弱，一般不會因強度不足而喪失承載能力，但當(dāng)其長細(xì)比較大時，穩(wěn)定性是導(dǎo)致其破壞的主要因素。因此可以說，軸心受壓構(gòu)件往往是由其穩(wěn)定性來確定構(gòu)件截面的。,,,,,式中,N,——軸心受壓構(gòu)件的壓力設(shè)計值；,,A,——構(gòu)件的毛截面面積；,,,?,——鋼材的抗壓強度設(shè)計值；,,φ——軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)。,,,(1)軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定驗算,,軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性按下式驗算:,,整體穩(wěn)定系數(shù) 值應(yīng)根據(jù)截面分類（a、b、c三類）和構(gòu)件的長細(xì)比 以及所采用的鋼的牌號，按附表2-1(a、b、c、d)查出。,,構(gòu)件的長細(xì)比按照下列規(guī)定確定：,,1)截面為雙軸對稱或極對稱的構(gòu)件,,,,,―構(gòu)件對主軸和的計算長度；,,―構(gòu)件截面對主軸和的回轉(zhuǎn)半徑,,,對雙軸對稱十字形截面構(gòu)件， 或 取值不得小于5.07b/t（其中b/t為懸伸板件寬厚比）。,,,,2)截面為單軸對稱的構(gòu)件,,對于單軸對稱截面，由于截面形心與剪心（剪切中心）不重合，繞對稱軸失穩(wěn)時，在彎曲的同時總伴隨著扭轉(zhuǎn)，即形成彎扭屈曲。相同的情況下，彎扭失穩(wěn)比彎曲失穩(wěn)的臨界應(yīng)力要低。,,注意：無任何對稱軸且又非極對稱的截面（單面連接的不等邊單角鋼除外）不宜用作軸心受壓構(gòu)件,。,,,概念：軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù) 與長細(xì)比 的關(guān)系曲線，稱為柱子曲線.以便于軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定性驗算。圖中的a、b、c、d四條曲線，各代表一組截面，如表所示。,,,,,,,概念：如圖所示的工字型截面軸心受壓構(gòu)件，若腹板及翼緣的板件太寬太薄，當(dāng)軸壓力達(dá)到某一數(shù)值時，板件就可能在構(gòu)件喪失強度和整體穩(wěn)定之前不能維持平面,平衡狀態(tài)而產(chǎn)生凹凸鼓出變形，這種現(xiàn)象稱為板件失去穩(wěn)定，或稱板件屈曲。因板件是組成構(gòu)件的一部分，故又把這種屈曲現(xiàn)象稱為構(gòu)件失去局部穩(wěn)定或局部屈曲。,（2）軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定驗算,實腹式軸心受壓構(gòu)件局部屈曲,,保證局部穩(wěn)定的重要性：喪失局部穩(wěn)定的構(gòu)件還能繼續(xù)承受荷載，但由于鼓屈部分退出工作，使構(gòu)件應(yīng)力分布惡化，會降低構(gòu)件的承載力，導(dǎo)致構(gòu)件提早破壞。,,《鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范》規(guī)定，受壓構(gòu)件中板件的局部穩(wěn)定以板件屈曲不先于構(gòu)件的整體失穩(wěn)為條件，并以限制板件的寬厚比來加以控制。,,對于軋制型鋼，由于翼緣、腹板較厚，一般都能滿足局部穩(wěn)定要求，無需計算。,,,以工字形截面為例，《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：,,1)翼緣,,由于翼緣板懸伸部分的寬厚比b/t與長細(xì)比的關(guān)系曲線的關(guān)系式較為復(fù)雜，為了便于應(yīng)用，采用下列簡單的直線式表達(dá)：,,,,式中， 為構(gòu)件兩方向長細(xì)比的較大值。,,當(dāng) 時, 取 , 當(dāng) 時,取 .,,2) 腹板,,,腹板可視為四邊支承板，這種嵌固作用可使腹板的臨界應(yīng)力提高，經(jīng)簡化可得腹板高厚比 的 簡化表達(dá)式為：,,,(3-11）,,,,當(dāng)工字形截面的腹板高厚比 不滿足式（3-11）的要求時，除了加厚腹板（此法不一定經(jīng)濟）外，還可采用有效截面的概念進(jìn)行計算。,,當(dāng)腹板高厚比不滿足要求時，亦可在腹板中部設(shè)置縱向加勁肋，用縱向加勁肋加強后的腹板仍按式（3-11）計算，,,,,5. 軸心受壓柱的設(shè)計,,(1) 截面形式,:實腹式軸性受壓柱一般采用雙軸對稱截面，以避免彎扭失穩(wěn)。,,選擇軸心受壓實腹柱的截面時，應(yīng)考慮以下幾個原則：,,1),面積的分布應(yīng)盡量開展，以增加截面的慣性矩和回轉(zhuǎn)半徑，提高柱的整體穩(wěn)定性和剛度；,,2),使兩個主軸方向等穩(wěn)定性，以達(dá)到經(jīng)濟的效果；,,3),便于與其他構(gòu)件進(jìn)行連接；,,4),盡可能構(gòu)造簡單，制造省工，取材方便。,,(2) 截面設(shè)計,截面設(shè)計時，首先按上述原則選定合適的截面形式，再初步選擇截面尺寸，然后進(jìn)行強度、剛度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定等的驗算。,,具體步驟如下：,,假定柱的長細(xì)比 ，求出需要的截面積 。,,,2),求兩個主軸所需要的回轉(zhuǎn)半徑,,,,,,3) 由已知截面面積 、兩個主軸的回轉(zhuǎn)半徑 、 優(yōu)先選用軋制型鋼，如普通工字鋼、H型鋼等。,,4)由所需要的 、 、 等，再考慮構(gòu)造要求、局部穩(wěn)定以及鋼材規(guī)格等，確定截面的初步尺寸。,,(3)構(gòu)件強度、剛度和穩(wěn)定性驗算,,1)當(dāng)截面有削弱時，需進(jìn)行強度驗算。,,,,式中 ——構(gòu)件的凈截面面積。,,,2)剛度驗算。軸心受壓實腹柱的長細(xì)比應(yīng)符合規(guī)范所規(guī)定的容許長細(xì)比要求。,,,3)整體穩(wěn)定驗算,,4)局部穩(wěn)定驗算。軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定是以限制其組成板件的寬厚比來保證。對于熱軋型鋼截面，由于其板件的寬厚比較小，一般能滿足要求，可不驗算。對于組合截面，則應(yīng)根據(jù)規(guī)定對板件的寬厚比進(jìn)行驗算。,,(6) 格構(gòu)式軸心受壓柱 為提高軸心受壓構(gòu)件的承載能力，應(yīng)在不增加材料用量的前提下，盡可能增大截面的慣性矩，并使兩個主軸方向的慣性矩相同，即令x軸與y軸具有相等的穩(wěn)定性。格構(gòu)式受壓構(gòu)件就是把肢桿布置在距截面形心一定距離的位置上，通過調(diào)整肢間距離以使兩個方向具有相同的穩(wěn)定性。,,,格構(gòu)式構(gòu)件制造復(fù)雜，由于柱肢只宜采用型鋼（或鋼管），所以其承載能力及應(yīng)用也受到一定的限制。,,格構(gòu)式軸心受壓柱對實軸的穩(wěn)定計算與實腹柱完全相同，因為它相當(dāng)于兩個并列的實腹柱。但格構(gòu)柱虛軸的穩(wěn)定性卻比具有同樣長細(xì)比的實腹柱穩(wěn)定性小。,,,課題2 受彎構(gòu)件,,1. 受彎構(gòu)件的形式和應(yīng)用,,,建筑結(jié)構(gòu)中，承受橫向荷載的構(gòu)件稱為受彎構(gòu)件，其形式有實腹式和格構(gòu)式兩個系列。,,(1)實腹式受彎構(gòu)件,——梁 鋼梁按制作方法的不同可以分為,型鋼梁,和,組合梁,兩大類。,,型鋼梁又分為,熱軋型鋼梁,和,冷軋薄壁型鋼梁,。型鋼梁構(gòu)造簡單，制造省工，成本較低，因而應(yīng)優(yōu)先采用。熱軋型鋼梁的截面有熱軋工字鋼、槽鋼和熱軋H型鋼三種。,,,,當(dāng)所受荷載較小、跨度不大時某些受彎構(gòu)件（如檁條）可采用,冷彎薄壁C型鋼,或,Z形鋼,做梁，可以有效地節(jié)約鋼材，如檁條和墻梁等，但防腐要求較高。,,當(dāng)荷載和跨度較大時，型鋼梁受到尺寸和規(guī)格的限制，往往不能滿足承載力和剛度的要求，此時應(yīng)采用,組合梁,。按其連接方法和使用材料的不同，組合梁可以分為,焊接組合梁,（簡稱為焊接梁）、,鉚接組合梁,（簡稱為鉚接梁）、,異種鋼組合梁,和,鋼與混凝土組合梁,等幾種。,,,,,,根據(jù)梁的支承情況，鋼梁可做成,簡支梁,、,連續(xù)梁,、,懸伸梁,等。,,根據(jù)荷載受力情況，梁又分為僅在一個主平面內(nèi)受彎的,單向受彎梁,和在兩個主平面內(nèi)受彎的,雙向受彎梁,。雙向彎曲梁也稱為斜彎曲梁。,,鋼結(jié)構(gòu)中，除少數(shù)情況如吊車梁、起重機大梁或上承式鐵路板梁橋等可單根或兩根梁成對布置外，通常采用縱橫交叉的主、次梁組成梁格，再在梁格上鋪設(shè)面板，形成結(jié)構(gòu)的承重體系,。,,,,根據(jù)主梁和次梁的排列情況，梁格可分為三種類型：,,1）單向梁只有主梁，適用于的跨度較小或面板寬度較大的樓蓋或平臺結(jié)構(gòu)。,,2）雙向梁格有主梁及一個方向的次梁，次梁由主梁支承，并將板劃分為較小區(qū)格，減小了面板的跨度和厚度，使梁格更為經(jīng)濟，是最為常用的梁格類型。,,3）復(fù)式梁格在主梁間設(shè)縱向次梁，縱向次梁間再設(shè)與主梁平行的橫向次梁，以減小面板的支承跨度和厚度，使梁格更為經(jīng)濟。,,(,2)格構(gòu)式受彎構(gòu)件——桁架,格構(gòu)式受彎構(gòu)件又稱為桁架，與梁相比，其特點是以弦桿代替翼緣，以腹桿代替腹板，而在各節(jié)點將腹桿與弦桿連接。,,鋼桁架的結(jié)構(gòu)類型有：,,1)簡支梁式:,簡支梁式鋼桁架受力明確，桿件內(nèi)力不受支座沉陷的影響，施工方便。,,2)鋼架橫梁式:,鋼架橫梁式的桁架端部上下弦與鋼柱相連組成單跨或多跨剛架，可提高其水平剛度，常用于單層廠房結(jié)構(gòu)；,,,3)連續(xù)式:,連續(xù)式鋼桁架跨越較大的橋架常用多跨連續(xù)的桁架，可增加剛度并節(jié)約材料；,,,4)伸臂式:,伸臂式鋼桁架既有連續(xù)式節(jié)約材料的優(yōu)點，又有靜定桁架不受支座沉陷的影響的優(yōu)點，只是鉸接處的構(gòu)造較復(fù)雜；,,,5)懸臂式:,懸臂式鋼桁架用于塔架等，主要承受水平風(fēng)荷載引起的彎矩。,,2、受彎構(gòu)件的強度與剛度,,（1）強度計算,,梁在荷載作用下將產(chǎn)生彎應(yīng)力、剪應(yīng)力，在集中荷載作用處還有局部承壓應(yīng)力，故梁的強度應(yīng)包括：抗彎強度、抗剪強度、局部承壓強度，在彎應(yīng)力、剪應(yīng)力及局部壓應(yīng)力共同作用處還應(yīng)驗算折算應(yīng)力。,,1）梁的抗彎強度,,鋼梁在彎矩作用下，可分為三個工作階段，即彈性、彈塑性及塑性階段。,,彈性階段：以邊緣屈服為最大承載力,,彈塑性階段：以塑性鉸彎矩為最大承載力,,,,,① 彈性工作階段：如圖所示的工字形截面梁，當(dāng)彎矩,M,較小時，截面上的彎曲應(yīng)力呈三角形直線分布，其外緣纖維最大應(yīng)力為σ=,M,/,W,n,。這個階段可以持續(xù)到σ達(dá)到屈服點,f,y,，此時梁截面的彎矩達(dá)到彈性極限彎矩,M,e,。,,,M,e,＝,W,n,f,y,,式中,M,e,——梁的彈性極限彎矩；,,W,n,——梁的凈截面（彈性）模量。,,② 彈塑性工作階段：彎矩繼續(xù)增加，截面外緣部分,,進(jìn)入塑性狀態(tài)，中央部分仍保持彈性。截面彎曲應(yīng)力呈折線分布。隨著彎矩增大，塑性區(qū)逐漸向截面中央擴展，中央彈性區(qū)相應(yīng)逐漸減小。,,③ 塑性工作階段：在塑性工作階段，若彎矩不斷增大，直到彈性區(qū)消失，截面全部進(jìn)入塑性狀態(tài)，即達(dá)到塑性工作階段，此時梁截面應(yīng)力呈兩個矩形分布。彎矩達(dá)到最大極限，稱為塑性彎矩,M,P,。,,M,p,=,W,pn,f,y,,式中,W,pn,——梁的凈截面塑性模量。,,塑性鉸：當(dāng)截面上彎矩達(dá)到,M,p,時，荷載不能再增加，但變形仍可繼續(xù)增大，截面可以轉(zhuǎn)動，猶如一個鉸，稱為塑性鉸。,,彈性設(shè)計與塑性設(shè)計：把梁的邊緣纖維達(dá)到屈服強度作為設(shè)計的極限狀態(tài)，叫做彈性設(shè)計。在一定條件下，考慮塑性變形的發(fā)展，稱為塑性設(shè)計。,,規(guī)范以梁截面塑性發(fā)展到一定深度（即截面只有部分區(qū)域進(jìn)入塑性區(qū)）作為設(shè)計極限狀態(tài)。,,,,梁的抗彎強度按下列公式計算：,,單向彎曲時：,,,雙向彎曲時：,,式中,M,—彎矩；,,γ—截面塑性發(fā)展系數(shù)。對于工字形截面 γ,x,=1.05，γ,y,=1.2；對于箱形截面γ,x,=γ,y,=1.05；對其它截面按表采用，此處x為強軸，y為弱軸。,,,,對于直接承受動力荷載且需計算疲勞的梁，考慮塑性發(fā)展會使鋼材硬化，促使疲勞斷裂提早出現(xiàn)。,,當(dāng)梁的受壓翼緣自由外伸寬度與其厚度之比較大，超過13,，,但不超過15 時，考慮塑性發(fā)展對翼緣局部穩(wěn)定有不利影響。,,,,2）梁的抗剪強度 規(guī)范以截面最大剪力達(dá)到所用鋼材剪應(yīng)力屈服點作為抗剪承載力極限狀態(tài)。于是梁的抗剪強度計算公式為 式中,V,——計算截面沿腹板平面作用的剪力；,I,——梁的毛截面慣性矩；,S,——中和軸以上或以下截面對中和軸的面積矩，按毛截面計算；,t,w,——腹板厚度；,f,v,——鋼材抗剪強度設(shè)計值。 對于軋制工字鋼和槽鋼因受軋制條件限制，腹板厚度,t,w,相對較大，當(dāng)無較大截面削弱時，可不必驗算抗剪強度。,,,3）梁的局部承壓強度,,當(dāng)梁的上翼緣有沿腹板平面作用的固定集中荷載而未設(shè)支承加勁肋，或受有移動集中荷載（如吊車輪壓）作用時，可認(rèn)為集中荷載從作用處以1：2.5(在高度h,y,范圍）和1：1（在h,R,高度范圍）擴散，均勻分布于腹板邊緣，腹板計算高度上邊緣的局部承壓強度按下式計算：,,,,,,F,——集中荷載，對動力荷載應(yīng)考慮動力系數(shù)；,,Ψ——集中荷載增大系數(shù)，對重級工作制吊車梁 Ψ=1.35；對其它梁Ψ=1.0。,,l,z——集中荷載在腹板計算高度上邊緣的假定分布長度，按下式計算：,l,z=,a,+2,h,y,,a,——集中荷載沿梁跨方向的支承長度，對吊車梁取50mm；,,h,y——自吊車梁軌頂或其它梁頂面至腹板計算高度上邊緣的距離。,,在梁的支座處，當(dāng)不設(shè)置加勁肋時，也應(yīng)按式計算腹板計算高度下邊緣的局部壓應(yīng)力，但Ψ取1.0。支座反力的假定分布長度，應(yīng)根據(jù)支座具體尺寸計算。,,,4）梁在復(fù)雜應(yīng)力作用下的強度計算,,在組合梁的腹板計算高度邊緣處，若同時受有較大的正應(yīng)力、剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力，或同時受有較大的正應(yīng)力和剪應(yīng)力，應(yīng)驗算其折算應(yīng)力，如圖所示。,,折算應(yīng)力驗算公式為：,,,,,兩,σ同號取1.1，,,異號取1.2,,,,（2）,梁的剛度,,控制梁的撓跨比小于規(guī)定的限制（為變形量的限制）,,梁的撓度,v,（按一般材料力學(xué)公式計算）或相對撓度,v,/,l,應(yīng)滿足下式：,,v,≤[,v,],,或,v /l,≤[,v,]/,l,,式中 [,v,]——梁的容許撓度。,,梁的剛度屬正常使用極限狀態(tài)，故計算時應(yīng)采用荷載標(biāo)準(zhǔn)值，且不考慮螺栓孔引起的截面削弱，對動力荷載標(biāo)準(zhǔn)值也不乘動力系數(shù)。,,3. 梁的穩(wěn)定設(shè)計,,(1)梁的整體穩(wěn)定,,1)梁整體穩(wěn)定的概念：,梁的強度計算時，認(rèn)為荷載作用于梁截面的垂直對稱軸 ，且它只產(chǎn)生沿軸方向的彎曲變形。但實際上荷載不可能準(zhǔn)確對稱作用于梁的垂直平面，同時不可避免地也會有各種偶然因素所產(chǎn)生的橫向作用，當(dāng)荷載較小時，梁的彎曲平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的。然而，當(dāng)荷載增大到某一數(shù)值后，梁在向下彎曲的同時，將突然發(fā)生側(cè)向彎曲和扭轉(zhuǎn)變形而破壞，這種現(xiàn)象稱之為,梁的側(cè)向彎扭屈曲,或,整體失穩(wěn),。,,,,梁維持其穩(wěn)定平衡狀態(tài)所承擔(dān)的最大荷載或最大彎矩，稱為,臨界荷載,或,臨界彎矩,。此時，受壓翼緣相應(yīng)的最大應(yīng)力就叫,臨界應(yīng)力,。,,,,2)梁整體穩(wěn)定的保證：,《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，當(dāng)符合下列情況之一時，梁的整體穩(wěn)定可以得到保證，不必計算：,,①有剛性鋪板密鋪在梁的受壓翼緣上并與其牢固連接，能阻止梁受壓翼緣的側(cè)向位移；,,②H型鋼或等截面工字形簡支梁受壓翼緣的自由長度 與其寬度 之比不超過《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》所規(guī)定的數(shù)值；,,3)梁整體穩(wěn)定的計算方法,。,,當(dāng)不滿足前述不必計算整體穩(wěn)定條件時，應(yīng)對梁的整體穩(wěn)定進(jìn)行計算。計算時根據(jù)梁整體穩(wěn)定臨界彎矩 ，可求出相應(yīng)的,臨界應(yīng)力,,,，并考慮鋼材抗力分項系數(shù) ，對于在最大剛度主平面內(nèi)單向彎曲的構(gòu)件，其整體穩(wěn)定條件為：,,,(3-20),,,,令 ，則在最大剛度主平面內(nèi)受彎的構(gòu)件，其整體穩(wěn)定性應(yīng)按下式計算：,,,,,在整體穩(wěn)定計算中，,整體穩(wěn)定系數(shù),的確定非常關(guān)鍵。對于常用的普通軋制工字鋼簡支梁，可將其整體穩(wěn)定系數(shù) 按工字鋼型號和受壓翼緣自由長度 制成表格直接查用，,,《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：當(dāng)按上述公式或表格確定的 時，用下式求得的 代替 進(jìn)行梁的整體穩(wěn)定計算。,,,,,,,當(dāng)梁的整體穩(wěn)定承載力不足時，可采用,加大梁的截面尺寸,或,增加側(cè)向支承,的辦法予以解決，,,(2)梁的局部穩(wěn)定,,從用材經(jīng)濟的角度出發(fā)，選擇組合梁截面時總是力求采用高而薄的腹板以增大截面的慣性矩和抵抗矩，同時也希望采用寬而薄的翼緣以提高梁的穩(wěn)定性，但是，如果將這些板件不適當(dāng)?shù)販p薄加寬，在板中壓應(yīng)力或剪應(yīng)力尚未達(dá)到強度限值或在梁未喪失整體穩(wěn)定前，腹板或受壓翼緣有可能偏離其平面位置，出現(xiàn)波形鼓曲，這種現(xiàn)象稱為,梁局部失穩(wěn),或稱,失去局部穩(wěn)定,。熱軋型鋼由于軋制條件，其板件寬厚比較小，都能滿足局部穩(wěn)定的要求，不需要計算。,,,為了避免組合梁出現(xiàn)局部失穩(wěn)的現(xiàn)象主要采用以下兩種措施：,,1.限制板件的寬厚比或高厚比；,,2.在垂直于鋼板平面方向設(shè)置加勁肋。,,,1)受壓翼緣的局部穩(wěn)定：,對于梁的受壓翼緣，只能通過限制其自由外伸寬度與其厚度之比來保證翼緣板的局部穩(wěn)定。即：,,,,（3-25a）,,,當(dāng)梁在繞強軸的彎矩 作用下的強度按彈性設(shè)計（即取 ）時， 值可放寬為：,,,,,,,,箱形梁翼緣板在兩腹板之間的部分，相當(dāng)于四邊簡支單向均勻受壓板，應(yīng)符合下式要求：,,,,,,,,,2)腹板的局部穩(wěn)定,,組合梁主要是通過采用加勁肋將腹板分割成較小的區(qū)格來提高其抵抗局部屈曲的能力,。,,,,課題3 拉彎和壓彎構(gòu)件,,1.,概述,,結(jié)構(gòu)中，壓彎和拉彎構(gòu)件的應(yīng)用十分廣泛。它指的是同時承受,軸向力,和,彎矩,的構(gòu)件。彎矩可能由軸向力的偏心作用、端彎矩作用或橫向荷載作用等三種因素形成，,拉彎構(gòu)件,在鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較少，受風(fēng)荷載作用的墻架柱以及天窗架的側(cè)立柱等等。當(dāng)承受的彎矩不大，而軸心拉力很大時，它的截面形式和一般軸心拉桿一樣。當(dāng)承受的彎矩很大時，應(yīng)在彎矩作用平面內(nèi)采用較大的截面高度。,,,壓彎構(gòu)件,廣泛的用于柱子，如工業(yè)建筑中的廠房框架柱。它們不僅要承受上部結(jié)構(gòu)傳下來的軸向壓力，同時還受有彎矩和剪力。,拉彎構(gòu)件,壓彎構(gòu)件,,,與軸心受力構(gòu)件一樣，在進(jìn)行拉彎和壓彎構(gòu)件設(shè)計時，應(yīng)同時滿足承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的要求。,拉彎構(gòu)件,需要計算其,強度,和,剛度,（限制長細(xì)比）；對,壓彎構(gòu)件,，則存在,局部失穩(wěn),和三種,整體破壞,形式：,一,是當(dāng)桿端彎矩很大或截面局部有嚴(yán)重削弱時的強度破壞；,二,是彎矩作用平面內(nèi)的彎曲失穩(wěn)破壞；,三,是彎矩作用平面外的彎曲扭轉(zhuǎn)破壞。,,,,2.拉彎和壓彎構(gòu)件的強度,,,考慮鋼材的塑性性能，拉彎和壓彎構(gòu)件是以截面出現(xiàn)塑性鉸作為其強度極限。,,彎矩作用在主平面的拉彎和壓彎構(gòu)件，《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定按下列公式對其強度進(jìn)行驗算：,,,（3-27）,,,承受雙向彎矩的拉彎或壓彎構(gòu)件，規(guī)范采用的強度計算公式為,,,,（3-28）,,,3. 拉彎和壓彎構(gòu)件的剛度,,,拉彎和壓彎構(gòu)件的剛度仍然采用容許長細(xì)比條件控制，即,,,,（3-29）,,,4. 壓彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定,,,壓彎構(gòu)件的截面尺寸通常由,整體穩(wěn)定控制。,,壓彎構(gòu)件要分別計算彎矩作用,平面內(nèi),和彎矩作用,平面外,的,穩(wěn)定性。,,(1)彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定,,《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，彎矩作用在對稱軸平面內(nèi)（繞x軸）的實腹式壓彎構(gòu)件，其整體穩(wěn)定性應(yīng)按下列規(guī)定計算：,,,,（3-30）,,(2)彎矩作用平面外的穩(wěn)定,,,開口薄壁截面壓彎構(gòu)件的抗扭剛度及彎矩作用平面外的抗彎剛度通常較小，當(dāng)構(gòu)件在彎矩作用平面外沒有足夠的支承以阻止其產(chǎn)生側(cè)向位移和扭轉(zhuǎn)時，構(gòu)件可能因彎扭屈曲而破壞?？紤]非均勻彎曲及截面形狀調(diào)整，《規(guī)范》規(guī)定的壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面外穩(wěn)定計算的相關(guān)公式為：,,,,,（3-32）,,5. 壓彎構(gòu)件的局部穩(wěn)定,,,與軸心受力構(gòu)件和受彎構(gòu)件相同，實腹式壓彎構(gòu)件可能因強度不足或喪失整體穩(wěn)定而破壞，也可能因喪失局部穩(wěn)定而降低其承載能力。因此設(shè)計時，必須要保證構(gòu)件的局部穩(wěn)定。為了保證壓彎構(gòu)件中板件的局部穩(wěn)定，限制翼緣和腹板的寬厚比及高厚比。,,